[发明专利]在风轮机控制中使用的空气动力学性能图的扭转校正因子

说明书

一种用于基于顾及叶片扭转的空气动力学性能图控制风轮机的方法包括基于至少一个空气动力学性能图来控制风轮机。此外，该方法包括确定风轮机的至少一个速度参数。此外，该方法包括确定叶片扭转刚度因子。因此，该方法还包括经由处理器根据至少一个速度参数和叶片扭转刚度因子确定空气动力学性能图的扭转校正因子。该方法然后包括将扭转校正因子应用至至少一个空气动力学性能图来获得调整的空气动力学性能图。此外，该方法包括基于调整的空气动力学性能图来控制风轮机。

技术领域

本发明大体上涉及风轮机，并且更具体地涉及顾及叶片扭转和/或扭转刚度的在风轮机控制器中使用的空气动力学性能图的扭转校正因子。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能源之一，且就此而言，风轮机得到增多的关注。现代风轮机典型地包括塔架、发电机、变速箱、机舱和转子。转子典型地包括可旋转的毂，其具有附接至毂的一个或多个转子叶片。变桨轴承典型地可操作地配置在毂与转子叶片之间，以允许围绕变桨轴线旋转。转子叶片使用已知的翼型件原理获得风的动能。转子叶片以旋转能的形式传递动能，以便转动将转子叶片联接至变速箱(或如果未使用变速箱，则直接地联接至发电机)的轴。发电机然后将机械能转换成电能，电能可运用至公用电网。

大气条件的变化，例如，风速、风湍流、阵风、风向和密度可显著地影响由发电机产生的功率。发电机的功率输出随风速而增大，直到风速达到涡轮的额定风速。在额定风速和高于额定风速下，发电机以额定功率操作。额定功率是输出功率，在此输出功率下，发电机可以以对于涡轮构件预定为可接受的疲劳或极端负载的水平操作。在典型地被称为跳闸(trip)极限的高于一定速度的风速下，风轮机可实施控制动作，如使风轮机关闭或降额，以便保护风轮机构件免受破坏。此外，可存在低于额定功率的导致校正动作(如变桨控制动作)的某些风速和/或操作设置点(如发电机速度或功率)。

在某些控制系统，如于2013年8月20日提交的题为用于防止在风轮机上过载的系统和方法(System and Method for Preventing Excessive Loading on a WindTurbine)的美国专利No. 9,605,558(其通过引用以其整体并入本文)中所描述的系统中，使用风轮机操作数据、一系列方程和一个或多个空气动力学性能图来估计风况。空气动力学性能图是有量纲或无量纲的表格或图，其描述给定条件(例如，密度、风速、转子速度、变桨角度或类似项)下的转子负载和性能(例如，功率、推力、转矩、弯矩或类似项)。因此，空气动力学性能图可包括功率系数、推力系数、转矩系数和/或相对于变桨角度、转子速度或末梢速度比的偏导数。备选地，空气动力学性能图可为有量纲的功率、推力和/或转矩值，而不是系数。一旦期望的系数是已知的，则控制器可基于其来控制风轮机。

上文提到的空气动力学性能图是静态的，且典型地在风轮机的设计阶段期间确定。因此，空气动力学性能图不取决于可在风轮机的操作期间存在的变化的风况，如风速、湍流强度、风切变或突然阵风。此外，空气动力学性能图并未顾及叶片扭转。

因此，在本领域中，包括用于顾及叶片扭转的空气动力学性能图的扭转校正因子的用于控制风轮机的系统及方法将是期望的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而显而易见，或可通过实践本发明而习知。

一方面，本公开内容涉及一种用于控制风轮机的方法。该方法包括经由处理器基于至少一个空气动力学性能图控制风轮机。此外，该方法包括确定风轮机的至少一个速度参数。此外，该方法包括确定叶片扭转刚度因子。因此，该方法还包括经由处理器根据至少一个速度参数和叶片扭转刚度因子确定空气动力学性能图的扭转校正因子。该方法然后包括将扭转校正因子应用至至少一个空气动力学性能图以获得调整的空气动力学性能图。此外，该方法包括基于调整的空气动力学性能图来控制风轮机。

在一个实施例中，速度参数可包括风速、转子速度、发电机速度，或风轮机的任何其它速度参数。